电波暗室工程的建筑设计关键技术研究

李洋

中船第九设计研究院工程有限公司 上海 200090

1 电波暗室的基本定义、分类及应用

1.1 电波暗室

电磁屏蔽室是一个由低电阻金属材料围合而成的封闭体，电波暗室为电磁屏蔽室中的一种类型，主要由屏蔽壳体和吸波材料组成[1]。通常情况下，屏蔽壳体采用镀锌钢板为材料，通过焊接或拼接的方式进行组装。吸波材料为复合吸波材料，由单层铁氧体片和锥形含碳海绵吸波材料构成，且为难燃材料。

1.2 电波暗室的分类

电波暗室按种类可分为：全电波暗室、半电波暗室和改进型半电波暗室。电波暗室一般均包括屏蔽外壳、外壳内壁上的吸波材料层、暗室屏蔽大门、安装在内部的被测设备的转台、天线支架系统、通风照明设备、滤波器、接地系统、安全及电气装置等。不同类型的暗室中测试的实验项目也有所不同。

1.3 电波暗室的应用

1.3.1 天线测试电波暗室。天线测试电波暗室模拟的是自由空间电磁环境，按标准要求一般设计为全电波暗室。电波暗室内部六个面上都要粘贴吸波材料，相比于其他区域，在主反射区需要粘贴性能更佳的吸波材料。

1.3.2 电磁兼容测试暗室。电磁兼容测试电波暗室主要替代开阔场，是进行电磁兼容测试的场所，按标准要求一般设计为半电波暗室。暗室除地面外其他五面粘贴吸波材料，地面为反射金属板。其特点是频率范围宽，国际标准一般规定频率范围为30MHz～1GHz，目前大多都做到30MHz～18GHz。

2 电波暗室工程与土建工程的相互交接关系

2.1 基本原则

电波暗室工程的建设除主体屏蔽暗室建设外，还应包括配合实验测试的配套设施建设和土建工程的结构支撑建设。

电波暗室工程与所在项目土建工程的界面划分，应以暗室自身结构外表面分界，界线内为暗室工程，界线外应为土建工程。暗室工程的设计施工招标应独立于土建工程开展，由专业厂家深化设计。

2.2 与结构工程的交接关系

针对设置在主体建筑内部的电波暗室，土建地坪应充分考虑暗室本身的荷载，并根据相关实验工艺预留完成地下管沟。针对需要主体结构辅助支撑的电波暗室，土建结构应充分考虑结构支撑荷载，并复核主体建筑梁、柱与暗室结构构件之间的拉结方案。

2.3 与机电工程的交接关系

电气设计需根据使用需求充分考虑需要用到的供电最大负荷，避免配电柜的供电容量不能满足后期的使用要求。

由于土建建设和暗室建设不同步，一般暗室内部的空调系统由暗室供应商去实施，暗室外部空间的空调系统由土建施工单位去实施，所以在建设暗室区域附近应预留相应的空调配电柜。

3 电波暗室工程建筑设计的基本原则

3.1 电波暗室工程总体设计的基本原则

3.1.1 电波暗室的建设对地坪的平整度有较高的要求，一般平整度≤5mm/5m，且对地面的震动有严格的限值。地坪平整度和地坪强度均对暗室屏蔽效能好坏有较大影响。工程选址应选在地质条件较好的区域并远离场地内的强振源设施。

3.1.2 测试、实验用电波暗室应远离工业、科学和医疗射频设备，之间的直线距离不应小于50m。

3.2 电波暗室工程单体设计的基本原则

3.2.1 为了防止向外辐射电磁波，规模较大的电波暗室宜设在建筑物的一层或地下层。

3.2.2 电波暗室在建筑内部所在区域应保证相对完整和独立。

3.2.3 电波暗室应远离建筑内其他高功率辐射源的设施。

3.2.4 电波暗室应避开建筑的抗震缝、伸缩缝、沉降缝，不宜与潮湿房间相邻。

3.2.5 防微振要求严格的电波暗室，在建筑内不应有强振源设施。

3.2.6 电波暗室工程配套的公用工程，应是利于各系统安全可靠操作运行和动力输送的独立系统。

3.2.7 公用工程所有管道不应穿越暗室内部空间。

4 电波暗室的基本组成

电波暗室一般由如下几部分组成：屏蔽外壳、吸波材料、通风波导窗、屏蔽门、强弱电滤波器和接地系统。

4.1 屏蔽外壳

屏蔽壳体主要由六个面的屏蔽材料和支撑钢龙骨组成。暗室的屏蔽效果与其屏蔽外壳所用的材料密切相关。支撑钢龙骨能对屏蔽壳体的侧面和顶面进行有效的支撑。由于地面存在潮气，可能会导致底面金属板的腐蚀，一般采用双层双向木板作为绝缘垫块将暗室主体支起，从而不直接与地面接触。

4.2 吸波材料

电波暗室使用的吸波材料主要有长尖劈吸波材料和复合吸波材料两种。长尖劈吸波材料适用于尺寸较大的电波暗室工程，而使用复合吸波材料建设的电波暗室的尺寸会相对较小。

4.3 通风波导窗

为了电波暗室内部保持空气的流通，还需要在屏蔽壳体上设置通风波导窗。通风波导窗设计效能指标应不低于电波暗室的屏蔽效能，常见的通风波导窗的尺寸为300mm×300mm×5mm或者600mm×600mm×5mm。

4.4 屏蔽门

屏蔽门主要用于被测设备的运输和工作人员的进出，是暗室里唯一可动的部分。屏蔽门是暗室中较为薄弱的部件，屏蔽门的可靠性和实用性也直接影响到暗室整体的屏蔽性能。

4.5 强弱电滤波器

常用强弱电滤波器有电源滤波器、信号滤波器、烟感滤波器、温感滤波器等。根据各类强弱电信号种类及作用，分别选用与屏蔽室屏蔽效能相适宜的滤波器，滤波器应集中安装，以方便后期维护和保养。

4.6 接地系统

接地的目的主要是防止电磁干扰，消除公共阻抗的耦合，同时保证人身和设备的安全[2]。

5 电波暗室的空间尺寸与建筑形体之间的关系

5.1 电波暗室的平面尺寸

电波暗室的功能与其造型、吸波材料选用有关。根据功能的要求，暗室平面有矩形、正方形、锥形、椭圆形、纵横隔板形或者以上各形的组合型等等。目前国内外大部分电波暗室平面多为矩形。标准“3m”法、“5m”法和“10m”法半电波暗室平面都是矩形。矩形的电波暗室优点是通用性好、可作双向测量、移动源测量；缺点是消耗材料多，造价贵。锥形的电波暗室优点是可以有效地避免侧面、顶面和地面的反射，低频性好，消耗吸波材料比同长度矩形平面暗室少；缺点是通用性差，只能作为单向源测量。

5.2 电波暗室的空间尺寸

电波暗室根据空间尺寸大小可分为超紧缩型预测式全波暗室、“3m”法半电波暗室、“5m”法半电波暗室、“10m”法半电波暗室和特殊定制电波暗室。

5.2.1 超紧缩型预测式全波暗室。典型屏蔽壳体外部尺寸（含自支撑钢结构）约为4.6m×2.5m×2.75m（h）。它主要用来进行辐射敏感度测试。这种暗室占用空间小，造价低，在任何地方都方便拆卸和安装。

5.2.2 “3m”法半电波暗室（转台Φ=2.0m）。典型屏蔽壳体外部尺寸（含自支撑钢结构）约为9m×6m×6m（h）。用于3m距离的辐射抗扰度测试和辐射发射的符合性测试，是目前国际上广泛采用的EMC实验场地。

5.2.3 “5m”法半电波暗室（转台Φ=3.0m）。典型屏蔽壳体外部尺寸（含自支撑钢结构）约为12m×8m×6m（h），用于3m距离的辐射抗扰度测试和3m或者5m距离的辐射发射的符合性测试。“5m”法电波暗室主要是为了解决大尺寸电子产品的测试需求。

5.2.4“10m”法半电波暗室（转台Φ=4.0m）。典型屏蔽壳体外部尺寸约为21m×13m×9m（h），用于10m或者3m距离的辐射抗扰度测试和辐射发射的符合性测试。“10m”法半电波暗室能满足大体积被试品的测试要求，如汽车、大型医疗设备、大型IT产品等，是众多EMC测试标准中理想测试场地。

5.3 电波暗室的空间尺寸与建筑形体之间的关系

对于设置在建筑内部的电波暗室，主体建筑的形体空间尺度应充分考虑到所建设暗室的外包最大尺寸，并与之相互匹配。建筑内部需保证在电波暗室建设占用的区域内无立柱，另外，还需要充分考虑与其配套的屏蔽室所需要占用的空间、暗室屏蔽体外部上下的支撑结构空间、通风管道所占用的空间高度、人员通道、检修通道、临时样品存储的空间等因素。

6 电波暗室工程的功能规划布局和交通流线组织

6.1 功能规划布局原则

针对功能单一的标准化电波暗室，例如“3m”法半电波暗室、“5m”法半电波暗室和“10m”法半电波暗室等，功能配置已相对模式化。

针对一些大型的电波暗室工程，除了主体屏蔽暗室外，还应设置配合实验测试的其他功能空间，例如被试件加工及存放区、配套屏蔽室等。

6.1.1 被试件加工及存放区。紧邻主体屏蔽暗室的外部区域应充分考虑被试件加工及储存的区域，并留出被试件进入暗室的运输通道。

6.1.2 配套屏蔽室。一般会为主体屏蔽暗室配套一个测试屏蔽室，以减少测试人员活动和测试仪器对测试结果的影响。

当受试设备带有电讯或机械负载时，往往需要在暗室外配置专用的负载屏蔽室。此外，敏感度实验用的功率放大器也需要配置一个功放屏蔽室。这两个屏蔽室一般放置在对应主体暗室转台位置的一侧。

6.2 交通流线组织原则

6.2.1 电波暗室工程的主要货运出入口和主要人员出入口宜分设，避免相互干扰。

6.2.2 配套测试屏蔽室与主体屏蔽暗室宜设一道供人员出入的屏蔽门，方便测试人员对被试件和测试装备进行调试。

7 电波暗室工程的地面及设备基础荷载要求、材料选择和构造做法

对于地面承重设计，一是要考虑电波暗室本身的重量；二是要考虑电波暗室建设完成后预期所要进行测试的样品的最大重量[3]。如果预期测试的产品对承重有特殊的需求应提前与暗室供应商沟通，以便获得更合理的地面承重设计要求。

8 电波暗室工程的消防定性和建筑消防设计

8.1 电波暗室工程的消防定性

暗室工程中同一防火分区内的电波暗室，如无特殊要求，火灾危险性类别应为丁类或戊类，耐火等级不应低于二级。

8.2 电波暗室工程的建筑消防设计

8.2.1 电波暗室不应与火灾危险性类别高的其他功能区块布局在同一个防火分区内。

8.2.2 针对大型电波暗室工程，在暗室实验前的准备调试阶段，暗室人员出入口的屏蔽门均为敞开状态，人员疏散按照大空间考虑，需满足有两个疏散方向的要求；在暗室进行实验的过程中，因为暗室内部无人，所以无须考虑人员疏散。

8.2.3 电波暗室内不宜设置室内消火栓。暗室的消火栓应设置在暗室人员出入口外侧附近，每个出入口附近应设置不少于2个消火栓，消火栓的水压应满足暗室内最不利着火点的充实水柱要求。

8.2.4 电波暗室为非人员经常停留或可燃物较多的场所，因而不设排烟措施。

8.2.5 电波暗室应设置火灾自动报警及安全防范系统，火灾自动报警系统的保护等级不应低于二级。

9 结束语

随着无线技术在电子、医疗、汽车等行业中的应用日益广泛，电波暗室工程的建设尤为重要。本文通过对电波暗室工程设计经验的归纳总结，为相关设计人员提供该类型建筑关键技术的设计指南，为打造出精品工程奠定基础。